專利名稱：波紋管動態(tài)性能試驗裝置及其試驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及波紋管模擬流動介質、壓力載荷下的動態(tài)性能試驗裝置及試驗方法技術領域，一種波紋管動態(tài)性能試驗裝置及其試驗方法。
背景技術：
波紋管動態(tài)性能試驗是為了獲得在一定工況條件下波紋管的動態(tài)性能參數(shù)。目前，波紋管動態(tài)性能試驗通常是對單個波紋管在內部沒有流動介質和壓力載荷下進行的，而實際應用中，波紋管內部充滿流動的且有壓力載荷的介質?，F(xiàn)行的試驗方法不能真實地模擬波紋管實際工作狀況，不能準確地獲得波紋管在實際工作環(huán)境下的動態(tài)性能參數(shù)。

發(fā)明內容
為在波紋管動態(tài)性能實驗中真實地模擬波紋管的工作環(huán)境，本發(fā)明專利提供一種波紋管動態(tài)性能試驗裝置及其試驗方法，能夠模擬流動介質及壓力載荷，獲得真實的波紋管動態(tài)性能參數(shù)。
本發(fā)明所采用的技術方案是該波紋管動態(tài)性能試驗裝置，通過數(shù)據(jù)采集器與計算機相連，所述的數(shù)據(jù)采集器與加速度傳感器相連接，加速度傳感器安裝在上端的波紋管試件下端法蘭盤上；二個波紋管試件的二端各焊接有法蘭盤，二個波紋管試件通過法蘭盤用螺釘連接在一起，上端的波紋管試件上端法蘭盤通過螺釘與上端的密封板連接，下端的波紋管試件下端法蘭盤通過螺釘與下端的密封板連接，二個密封板的中間孔上各焊接有管接頭，管接頭的另一端各與管子的二端相連通；下端的密封板與其二端上的二個支承板均通過螺釘固定在支架上，上端的密封板通過螺釘固定在二個支承板上；橫梁二端的支桿與上端的波紋管試件下端法蘭盤連接；在上端的密封蓋上安裝有壓力泵接頭，壓力泵接頭與壓力泵相連。所述的二個密封板上均設有凹槽，凹槽內裝有密封圈。所述的橫梁的中部設有凸臺。
實施所述的波紋管動態(tài)性能試驗裝置的試驗方法，其試驗方法步驟如下1)、將兩個波紋管試件組合好，把組裝好的試驗裝置放置在水平的支架上，兩個波紋管試件的公共端自由；2)、將加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連接；3)、將力錘與數(shù)據(jù)采集器相連接；4)、數(shù)據(jù)采集器與計算機相連；5)、通過壓力泵對波紋管內部輸入具有一定壓力載荷的介質；6)、采用錘激法進行振動試驗，即用力錘豎直錘擊橫梁中間的凸起部分，保證激勵施加在橫梁的中點，激勵通過橫梁傳到裝在上端的波紋管試件下端法蘭盤，實現(xiàn)自由振動。
7)、裝在上端的波紋管試件下端法蘭盤上的加速度傳感器將接收到的振動信號及力錘的信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集器傳給計算機，通過數(shù)據(jù)處理軟件把信號記錄下來，通過對振動信號的處理得到波紋管的動態(tài)參數(shù)。
本發(fā)明的有益效果是通過本發(fā)明的試驗裝置及其試驗方法，能夠準確地測得波紋管在流動介質、壓力載荷下的動態(tài)性能參數(shù)，這些參數(shù)為波紋管在使用過程中避免由于共振造成的破壞提供了重要的依據(jù)。


圖1是本發(fā)明的試驗裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的試驗裝置數(shù)學模型；
圖3是本發(fā)明的試驗裝置等效力學原理圖；圖4是在0MPa壓力載荷下的波紋管沖擊第一次時的振動曲線圖；圖5是在0MPa壓力載荷下的波紋管沖擊第一次時的傳遞函數(shù)圖；圖6是在0.2MPa壓力載荷下的波紋管沖擊第五次時的振動曲線圖；圖7是在0.2MPa壓力載荷下的波紋管沖擊第五次時的傳遞函數(shù)圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1中所示，本發(fā)明的兩個同型號波紋管試件2和波紋管試件10的二端各焊接有法蘭盤3，在支架1的上端固定有密封板13，密封板13上的二端各通過螺釘固定有支承板4和支承板12，支承板4和支承板12的上端通過螺釘固定有密封板5，密封板13通過螺釘與波紋管試件2一端的法蘭盤3連接，波紋管試件2另一端的法蘭盤3通過螺釘與波紋管試件11一端的法蘭盤3連接，波紋管試件11另一端的法蘭盤3通過螺釘與密封板5連接，密封板13和密封板5上設有凹槽，凹槽內裝有密封圈；密封板5和密封板13的中間孔上各焊接有管接頭8和管接頭14，管接頭8和管接頭14的另一端各與管子9的二端相連通；橫梁7二端的支桿與波紋管試件11下端的法蘭盤3連接，橫梁7的中部設有凸臺；加速度傳感器10安裝在波紋管試件11下端的法蘭盤3上，加速度傳感器10與數(shù)據(jù)采集器相連接；在密封蓋5上安裝有壓力泵接頭6，壓力泵接頭6與壓力泵相連。
安裝本發(fā)明的試驗裝置時要注意在密封板13和密封板5的凹槽內放入涂有黃油的密封圈，通過螺釘緊固，確保法蘭盤3與密封板13和密封板5之間不漏水；橫梁7二端的支桿與波紋管試件11下端的法蘭盤3連接，要確保橫梁7上的激勵傳到兩波紋管中間的法蘭盤上；確保波紋管組合體、管接頭8、管接頭14、管子9之間相連通，從而使波紋管內部的介質能夠實現(xiàn)循環(huán)流動；為了防止試件承受預應力，上下密封板間用支架固定的高度應合適。
本發(fā)明的試驗方法具體步驟如下1、將兩個同型號波紋管試件2和波紋管試件11組合好，把組裝好的試驗裝置放置在水平的支架1上，波紋管試件2和波紋管試件11的公共端自由；2、將加速度傳感器10與數(shù)據(jù)采集器相連接；3、將力錘與數(shù)據(jù)采集器相連接；4、數(shù)據(jù)采集器與計算機相連；5、通過壓力泵對波紋管內部輸入具有一定壓力載荷的介質；6、采用錘激法進行振動試驗，即用力錘豎直錘擊橫梁7中間的凸起部分，保證激勵施加在橫梁7的中點，激勵通過橫梁7傳到裝在波紋管試件11下端的法蘭盤3，實現(xiàn)自由振動。
7、裝在波紋管試件11下端法蘭盤3上的加速度傳感器10將接收到的振動信號及力錘的信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集器傳給計算機，通過數(shù)據(jù)處理軟件把信號記錄下來。通過對振動信號的處理得到波紋管的動態(tài)參數(shù)(動態(tài)剛度K、阻尼系數(shù)C和阻尼比ξ)。
本試驗方法的數(shù)學原理如下本試驗方法其數(shù)學模型如圖2所示。C1與C2、K1與K2是并聯(lián)關系。所以圖2所示模型又可以進一步簡化為如圖3所示力學模型。
K＝K1+K2(1)C＝C1+C2(2)由試驗可以直接測得共振頻率fr，相臨峰值X0和X1，依據(jù)對數(shù)衰減法，可以解算以下參數(shù)
(1)阻尼比ζ由ln(X0X1)=2πξ1-ξ2,]]>得到ξ=ln(X0X1)4π2+(ln(X0X1))2]]>(2)固有頻率f0=fr1-2ζ2]]>(3)動態(tài)剛度K＝4π2Mf02(M為兩個波紋管、兩個法蘭盤和橫梁的總質量)(4)阻尼系數(shù)C=2ζMK2n]]>根據(jù)以上公式可求得K和C。
由于波紋管1、波紋管2型式相同，K1＝K2，C1＝C2，通過公式(1)及公式(2)我們可以得到K1=K2=K2]]>C1=C2=C2]]>再由K1及C1解算出ζ及f0阻尼比ζζ=C2mK,]]>固有頻率f0f0=12πKm]]>其中m是單個法蘭盤的質量。
本試驗可得到在不同壓力載荷下波紋管的模態(tài)參數(shù)，依次得到波紋管的模態(tài)參數(shù)在不同壓力載荷下的變化情況。以下舉例說明通過力錘沿軸向對與試件相連的橫梁施加沖擊激勵，激勵通過橫梁傳到組合波紋管的自由端，由加速度傳感器—電荷放大器—便攜式信號處理儀測定響應數(shù)據(jù)，最后通過響應曲線采用對數(shù)衰減法計算各種波紋管的動態(tài)參數(shù)，得到波紋管自由響應信號。以下為波紋管在水水介質壓力下的實驗數(shù)據(jù)。1#1#表示兩個1#波紋管的組合。用力錘分別對每種壓力載荷下的1#1#組合波紋管擊五次，得到振動曲線圖，作振動曲線的傳遞函數(shù)圖。表1-表2為1#2#組合波紋管在0MPa-0.2MPa壓力載荷下的原始實驗數(shù)據(jù)；表3為1#1#組合波紋管的在0MPa-0.2MPa壓力載荷下模態(tài)參數(shù)；表4為1#波紋管在0MPa-0.2MPa壓力載荷下模態(tài)參數(shù)。圖4圖5是用力錘對0MPa壓力載荷下的1#1#組合波紋管沖擊第一次時的振動曲線圖和傳遞函數(shù)圖，圖4中的數(shù)值0.2209、0.1824、0.1717、0.1433、0.1175、0.1041及圖5中的數(shù)值18.0000就是表1中的沖擊第一次時的相臨峰值X0和X1及共振頻率fr，根據(jù)上述公式由X0和X1及fr即可算出阻尼比ζ及固有頻率f0，還可求得動態(tài)剛度K和阻尼系數(shù)C。圖6圖7是用力錘對0.2MPa壓力載荷下的1#1#組合波紋管沖擊第五次時的振動曲線圖和傳遞函數(shù)圖。其余在0MPa-0.2MPa壓力載荷下沖擊不同次數(shù)時的振動曲線圖和傳遞函數(shù)圖省略，因其原始實驗數(shù)據(jù)均在表1-表2中反映出來了。
表1 0MPa壓力載荷下1#1#波紋管組合模態(tài)參數(shù)


表2 0.2MPa壓力載荷下1#1#波紋管組合模態(tài)參數(shù)

表3 1#1#波紋管模態(tài)參數(shù) 表4 1#波紋管模態(tài)參數(shù)統(tǒng)計
權利要求
1.一種波紋管動態(tài)性能試驗裝置，通過數(shù)據(jù)采集器與計算機相連，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集器與加速度傳感器(10)相連接，加速度傳感器(10)安裝在波紋管試件(11)下端的法蘭盤(3)上；波紋管試件(2)和波紋管試件(11)的二端各焊接有法蘭盤(3)，波紋管試件(2)和波紋管試件(11)通過法蘭盤(3)用螺釘連接在一起，波紋管試件(11)上端的法蘭盤(3)通過螺釘與密封板(5)連接，波紋管試件(2)下端的法蘭盤(3)通過螺釘與密封板(13)連接，密封板(5)和密封板(13)的中間孔上各焊接有管接頭(8)和管接頭(14)，管接頭(8)和管接頭(14)的另一端各與管子(9)的二端相連通；密封板(13)與其二端上的支承板(4)和支承板(12)均通過螺釘固定在支架(1)上，密封板(5)通過螺釘固定在支承板(4)和支承板(12)上；橫梁(7)二端的支桿與波紋管試件(11)下端的法蘭盤(3)連接；在密封蓋(5)上安裝有壓力泵接頭(6)，壓力泵接頭(6)與壓力泵相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的波紋管動態(tài)性能試驗裝置，其特征在于所述的密封板(13)和密封板(5)上設有凹槽，凹槽內裝有密封圈。
3.根據(jù)權利要求1所述的波紋管動態(tài)性能試驗裝置，其特征在于所述的橫梁(7)的中部設有凸臺。
4.一種實施權利要求1所述的波紋管動態(tài)性能試驗裝置的試驗方法，其特征在于所述的試驗方法步驟如下1)、將兩個波紋管試件(2)和波紋管試件(11)組合好，把組裝好的試驗裝置放置在水平的支架(1)上，波紋管試件(2)和波紋管試件(11)的公共端自由；2)、將加速度傳感器(10)與數(shù)據(jù)采集器相連接；3)、將力錘與數(shù)據(jù)采集器相連接；4)、數(shù)據(jù)采集器與計算機相連；5)、通過壓力泵對波紋管內部輸入具有一定壓力載荷的介質；6)、采用錘激法進行振動試驗，即用力錘豎直錘擊橫梁(7)中間的凸起部分，保證激勵施加在橫梁(7)的中點，激勵通過橫梁(7)傳到裝在波紋管試件(11)下端的法蘭盤(3)，實現(xiàn)自由振動；7)、裝在波紋管試件(11)下端法蘭盤(3)上的加速度傳感器(10)將接收到的振動信號及力錘的信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集器傳給計算機，通過數(shù)據(jù)處理軟件把信號記錄下來，通過對振動信號的處理得到波紋管的動態(tài)參數(shù)。
全文摘要
一種波紋管動態(tài)性能試驗裝置，通過數(shù)據(jù)采集器與計算機相連，與數(shù)據(jù)采集器相連接的加速度傳感器(10)安裝在波紋管試件(11)下端的法蘭盤(3)上；兩個波紋管通過法蘭盤(3)連接起來，組合后的波紋管兩端被固定在上下密封板(5、13)上；在外部通過管子(9)和上下密封板上的管接頭(8、14)相連通，使波紋管內部介質能夠流動。一種波紋管動態(tài)性能試驗裝置的試驗方法，按試驗步驟通過對與兩波紋管中間自由端相邊的橫梁(7)施加激勵，通過橫梁把激勵傳到波紋管自由端的加速度傳感器，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器、計算機的處理，得到波紋管的動態(tài)參數(shù)。本發(fā)明能夠模擬流動介質及壓力載荷，獲得真實的波紋管動態(tài)性能參數(shù)。
文檔編號G01N3/32GK1865887SQ20061001753
公開日2006年11月22日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權日2006年3月20日
發(fā)明者李濟順, 馬偉, 余永健, 黃曉東, 段明德, 賈現(xiàn)召 申請人:河南科技大學